Нелинейные механические свойства резин и резинокордных композитов и работоспособность деталей шин (1090180), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Вкачестве образцов для дискового прибора используются резиновые блоки сзавулканизованной нитью корда, в местах закрепления усиленные тканью.Образцы крепятся по окружности двух дисков. Образцы подвергаются58циклической деформации растяжения-сжатия. При фиксированнойконструкции образца амплитуда деформации определяется углом поворотадиска и расстоянием между дисками.Расчет напряжений в корде производится методом конечныхэлементов. Корд считается линейным материалом, но с разными модулямипри растяжении и сжатии. Величина модуля сжатия корда в резинеопределялась расчетом по экспериментально установленному различиюхарактеристик образцов с кордом и без него.

Резина описываетсяпотенциалом Муни- Ривлина (1.2.21) с различными модулями при разныхвидах нагружения. Температурные и вязкоупругие эффекты неучитывались.Рассчитывались усилия, вызванные закреплением образца (вцентральной части корд испытывает деформацию сжатия), растяжениемобразца (в два этапа - до и после исчезновения зоны сжатия), и сжатиемобразца.Достаточно строгий расчет, выполненный в работах [187-189],позволяет с требуемой точностью определять напряжения в корде и награнице корд-резина.

К недостаткам данного метода можно отнести узкийнабор видов НДС, не связанный авторами с условиями нагружения в шине,а также длительность эксперимента (испытывается один образец) инеобходимость применения специального оборудования.Усталостные характеристики РКК можно определять с помощьюобразца, называемого «трубка Меллори» [190, 191] который представляетсобой полый резинокордный цилиндр, нагруженный внутреннимдавлением, изогнутый и вращающийся. НДС резинокордного слояопределяется свойствами резины, длиной и радиусом кривизны трубки,характеристиками нитей и слоя корда, внутренним давлением и скоростьювращения.

Расчет НДС ведется с использованием МКЭ. Модель включаетв себя трехмерные (резина) и оболочечные (кордный слой) элементы.Резина описывается упругим потенциалом Муни- Ривлина (1.2.21).Кордный слой считается линейным анизотропным материалом, константыкоторого подсчитываются по формулам Халпин-Цая с учетомразномодульности корда при растяжении и сжатии. Инерционные силы,59тепловые и вязкоупругие явления не учитывались. Иначе говоря, расчетотносится к стационарному тепловому режиму.Отметим, что в работе [190] экспериментально фиксироваласьтемпература в образцах с помощью термопар (в материале и в воздухевнутренней полости), а также термовидением - на наружной поверхности.Расчет поля температур производился на основе одномерного уравнениятеплопроводности в радиальном направлении.

Это позволило с учетомхарактеристик корда и резины оценить эффективные амплитудыдеформации.В анализируемых статьях [190, 191] исследуется влияние всехпараметров конструкции и режимов нагружения на показателиусталостной выносливости. Большое число управляющих параметров приналичии метода расчета НДС позволяет реализовать достаточно широкийнабор режимов нагружения. К трудностям реализации данного методаследует отнести сложность расчета НДС, неоднозначность решенияобратной задачи (определения параметров образца для реализациизаданного НДС), а также сложность изготовления образцов инеобходимость использования специального оборудования.

Существенноувеличивает длительность полного эксперимента возможность установкитолько одного образца на испытательную машину. Для получениястатистически достоверных результатов необходимо достаточно большоечисло последовательных испытаний, каждое из которых может занятьвремя до одного месяца и более.Рассмотрим другие исследования в данной области. В работе [192]подчеркивается, что наиболее полные данные о долговечности шины и овлиянии на ее ресурс эксплуатационных и конструктивных параметровможно получить при пробеговых испытаниях. Однако такие испытанияочень трудоемки и длительны.

Поэтому представляет интерес применениекритериев косвенной оценки ресурса шин. Далее утверждается, чтопараметры усталостной прочности, получаемые на образцах шинныхматериалов в работах [171, 193, 194, 195], не могут являться такимкосвенным критерием, т.к. оценка числа циклов до разрушенияпроизводится в условиях, существенно отличающихся от реальных60условий эксплуатации (отметим, что данная оценка соответствует тому,что было высказано нами выше).

Реальную оценку, говорится далее,можно получить только при определении деформации во внутреннихслоях шины, где чаще всего возникают дефекты разрушения. В качествекритерия предлагается использовать характеристическую энергию раздира,которая прямо связана с удельной энергией деформации. Ресурс шины дообразования первоначальных трещин между слоями брекера и каркаса врезультате усталостного утомления предлагается определять позависимостиL = 210-3 rk N, км.,(1.4.1)гдеrk – радиус качения колеса, мN – количество циклов до разрушения.Число циклов, при которых возникают усталостные трещины,определяется зависимостью:N  N Б ( К Ц WP / W ) nw ,(1.4.2)гдеNБ – базовое число цикловWP – энергия разрушения при базовом числе цикловW – энергия деформации за цикл деформированияКЦ – коэффициент, учитывающий форму цикла нагруженияnw – коэффициент усталостной выносливости.Энергия деформации определяется по величинам главныхдеформаций, которые, в свою очередь, определяются экспериментально спомощью датчиков из электропроводящей резины [122].

Связь напряженийс деформациями предполагается линейной. Для учета температуры,скорости движения и неровностей на дороге, влияния окружающей средывводятся три коэффициента. Таким образом, зная максимальныедеформации за цикл, можно определить ресурс шины по критериюусталостной долговечности. В работе приведены результаты расчетаходимости для шин разной конструкции и сказано, что они совпадают состатистическими данными.61Комментируя предлагаемую методологию, можно отметить, что онаимеет ряд важных достоинств.

К ним относятся: использованиеусталостных критериев долговечности; попытки установления связиусталостных свойств с НДС в конкретной шине; учет реальных условийэксплуатации.Однако предлагаемый подход нельзя признать бесспорным последующим соображениям. Свойства резины считаются линейными, в товремя как их дифференциальные модули в зависимости от деформации,как было указано выше, меняются в 3 – 5 раз [8, 9]. Усталостные свойстваопределяются в условиях одноосного растяжения, что не соответствуеттому, что наблюдается в шине.

Усталостные свойства определяются нарезиновых, а не на резинокордных образцах, т.е. игнорируется строениеРКК. Наконец, соотношение (1.4.2), представляющее собой линейнуюзависимость логарифма числа циклов до разрушения N от плотностиэнергии деформации W, плохо согласуется с экспериментом. Этазависимость является существенно нелинейной как при большихдеформациях, соответствующих малоцикловому утомлению, так и прималыхдеформациях,соответствующихпределуусталостнойвыносливости.В работе [196] усталостный критерий положен в основупредлагаемого метода контроля надежности авиационных шин.Предположили, что кривая Веллера может быть описана экспонентой.Параметры этой зависимости определяли на основе статистическойобработкирезультатовусталостныхиспытанийспециальныхрезинокордных образцов.

Из сопоставления числа циклов до разрушенияобразцов и шин при ускоренных стендовых испытаниях получили, чтокоэффициент их парной корреляции равен 0.99. Прогноз поведения шин вэксплуатации предложили проводить по той же экспоненте, экстраполируяее в область малых нагрузок. В данной работе не удовлетворяет то, чтореальные кривые Веллера как для резин, так и для резинокордныхобразцов не описываются экспонентой, особенно в областях больших ималых баз утомления.

Не ясно, какую деталь шины моделируют62резинокордные образцы. Следовательно, нельзя указать наиболее опасноеместо в конструкции шины.Другой критерий долговечности использован в работе [197]. Израссмотренияпроцессанакопленияповрежденийполученоэкспоненциальное соотношение для времени жизни образца резины доразрушения в зависимости от интенсивности напряжения и температуры. Вэтом достаточно простом подходе, как и в предыдущем сообщении,смущает то, что реальные усталостные кривые имеют далеко неэкспоненциальный характер.В работе [198] критерием долговечности являются необратимыеостаточные деформации, скорость накопления которых линейно связана сдействующим напряжением и вязкостью, зависящей от температуры позакону Вильямса – Ландела - Ферри.В работе [199] отмечено, что существующие методы оценкипрочности связи по ГОСТ 14311-85 и ГОСТ 17443-80 [176] предназначены,в основном, для испытания резинокордных образцов для текстильного иметаллического кордов малого диаметра.

Определять прочность связирезины с металлическим кордом диаметром более 1.2 мм практическиневозможно. Кроме того, испытания по ГОСТ 14311-85 проводятся тольков статических условиях, а по ГОСТ 17443-80 – в динамических, но врежиме,нехарактерномдлянапряженногосостояниярезинометаллокордных систем, возникающего при эксплуатации КГШ вкарьерах.

Кроме того, испытания по ГОСТ 17443-80 очень трудоемки идлительны. С целью устранения этих недостатков предложенвысокопроизводительный способ определения прочности связи резины сметаллокордом различных конструкций и диаметров, учитывающийособенности эксплуатации КГШ. Испытания проводятся в режимеимпульсных циклических нагрузок. За показатель прочности связи дляданной конструкции принимается число циклов нагружения доразрушения образца (выдергивание нити металлокорда из резиновогоблока). Установлена корреляция результатов с результатами испытаний поГОСТ 17443-80.63В цитируемой работе верно отмечено, что условия нагружения врезинокордном образце «большая гантель» по ГОСТ 17443-80 несоответствуют тому, что наблюдается в шине. Также к недостаткамстандартного метода относится его высокая трудоемкость.

Вместе с темавторы дискредитируют свой метод заявлением, что его результатыкоррелируют с указанным эталоном. Значит, оба указанных метода невоспроизводят реальных условий нагружения РКК в шине.В работе [200] авторы пытаются прогнозировать ресурс шин не наоснове испытаний модельных образцов, а анализируя результатынезавершенных эксплуатационных (пробеговых) испытаний. Указано, чтоэксплуатационные испытания являются достаточно длительными итрудоемкими.

Характеристики

Список файлов диссертации